네트워크 | Network

Posted Apr 7, 2025

By 맹

20 min read

네트워크 | Network

내가 볼려고 작성한 CS 공부.

⚙️ 네트워크

✅ 1. OSI 7계층 & TCP/IP 4계층

1.1 OSI 7계층이란?

OSI 7계층(Open Systems Interconnection)은 네트워크 통신을 7단계로 나눈 표준 모델이다.
각 계층은 서로 독립적이면서, 상호 협력하여 데이터를 주고받는다.

[사용자]
응용 계층 (Application)
표현 계층 (Presentation)
세션 계층 (Session)
전송 계층 (Transport)
네트워크 계층 (Network)
데이터 링크 계층 (Data Link)
물리 계층 (Physical)
[하드웨어]

하위 계층은 상위 계층에게 서비스를 제공하고,
상위 계층은 하위 계층의 기능에 의존한다.

1.2 각 계층 설명

계층	주요 기능	예시
7. 응용 계층	사용자와 가장 가까운 계층 (웹, 메일 등)	HTTP, FTP, SMTP
6. 표현 계층	데이터 포맷 변환, 암호화/복호화	JPEG, PNG, SSL
5. 세션 계층	연결 유지, 동기화	API 호출 세션
4. 전송 계층	데이터의 안정적 전송	TCP, UDP
3. 네트워크 계층	주소 지정, 경로 설정 (IP)	IP, ICMP, 라우팅
2. 데이터 링크 계층	프레임 단위 전송, MAC 주소 사용	Ethernet, MAC
1. 물리 계층	전기적 신호, 비트 전송	케이블, 허브, 전파

실무에서는 보통 1~4계층은 시스템/네트워크,
5~7계층은 소프트웨어/애플리케이션 영역으로 나눈다.

1.3 TCP/IP 4계층

OSI 7계층보다 실용적이고 간단한 구조로, 인터넷에서 실제 사용되는 네트워크 모델

TCP/IP 계층	OSI 계층 대응	설명
4. 응용 계층	OSI 5~7계층	HTTP, DNS, FTP 등
3. 전송 계층	OSI 4계층	TCP, UDP
2. 인터넷 계층	OSI 3계층	IP, ICMP
1. 네트워크 인터페이스 계층	OSI 1~2계층	LAN, MAC, 이더넷

TCP/IP는 실제 구현 기준,
OSI는 이론적 설계 기준이라고 생각하면 이해가 쉽다.

1.4 OSI vs TCP/IP 계층 비교

OSI 7계층	TCP/IP 4계층
응용	응용
표현	(통합)
세션	(통합)
전송	전송
네트워크	인터넷
데이터 링크	네트워크 인터페이스
물리	네트워크 인터페이스

실무에서는 대부분 TCP/IP 4계층 용어를 더 많이 사용한다.

✅ 2. HTTP / HTTPS, DNS, DHCP

2.1 HTTP (HyperText Transfer Protocol)

HTTP는 웹에서 클라이언트(브라우저)와 서버 간 데이터를 주고받는 프로토콜이다.
요청(Request)과 응답(Response)으로 구성되며, 비연결형, 비상태형이 특징이다.

특징	설명
비연결형	요청 후 연결 종료 (매 요청마다 새로 연결)
비상태형	이전 요청 정보를 기억하지 않음 (쿠키/세션으로 보완)
포트 번호	기본 80번 포트 사용
요청 방식	GET, POST, PUT, DELETE 등

예시

GET /index.html HTTP/1.1
Host: www.example.com

클라이언트가 index.html 요청 → 서버가 HTML 파일 응답

2.2 HTTPS (HTTP Secure)

HTTPS는 HTTP에 SSL/TLS를 적용해 데이터 통신을 암호화한 프로토콜이다.
민감한 정보를 다룰 때(로그인, 결제 등) 반드시 사용된다.

항목	HTTP	HTTPS
보안	없음	암호화 적용 (TLS/SSL)
포트	80	443
인증서 사용	X	O (공개키 기반 인증서 필요)

SSL은 과거 명칭, 현재는 대부분 TLS로 대체됨

2.3 DNS (Domain Name System)

DNS는 사용자가 입력한 도메인 이름(www.google.com) 을 실제 서버의 IP 주소(142.250.206.36) 로 변환해주는 시스템이다.

동작 흐름

사용자가 브라우저에 도메인 입력
로컬 DNS 캐시 확인
ISP DNS 서버 → 루트 → TLD → 권한 있는 네임서버 순으로 탐색
최종적으로 IP 주소를 반환

DNS는 웹사이트 접속의 시작점이며,
속도 개선을 위해 캐싱이 매우 중요하다.

2.4 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP는 네트워크에 연결된 장치에게 IP 주소를 자동으로 할당해주는 프로토콜이다.

과정 단계	설명
DHCP Discover	클라이언트가 브로드캐스트로 IP 요청
DHCP Offer	서버가 IP와 정보 제안
DHCP Request	클라이언트가 해당 IP 요청
DHCP Ack	서버가 승인 및 설정 완료

DHCP 없으면 매번 수동으로 IP, 게이트웨이, DNS를 설정해야 함
대부분의 가정/기업 네트워크는 DHCP 기반

2.5 각 역할 요약

프로토콜	역할
HTTP	웹 문서 전송 (비보안)
HTTPS	보안 웹 통신
DNS	도메인 → IP 변환
DHCP	IP 자동 할당

✅ 3. TCP vs UDP

3.1 TCP (Transmission Control Protocol)

TCP는 신뢰성 있는 연결 지향형 전송 프로토콜이다.
데이터가 순서대로, 손실 없이 정확히 전달되도록 보장한다.

주요 특징

항목	설명
연결 방식	연결 지향 (3-way handshake 필요)
데이터 순서 보장	보장함
데이터 손실 보정	재전송 기능 있음
흐름 제어 / 혼잡 제어	있음
속도	상대적으로 느림 (신뢰성 보장 때문)
대표 사용	웹(HTTP/HTTPS), 메일(SMTP), 파일 전송(FTP)

TCP는 정확성과 안정성이 중요한 서비스에 적합하다.

3.2 UDP (User Datagram Protocol)

UDP는 비연결형, 비신뢰성 전송 프로토콜이다.
데이터를 빠르게 보내지만, 순서 보장이나 재전송은 하지 않는다.

주요 특징

항목	설명
연결 방식	비연결형 (handshake 없음)
데이터 순서 보장	없음
데이터 손실 보정	없음
흐름 제어 / 혼잡 제어	없음
속도	빠름
대표 사용	실시간 스트리밍, VoIP, 게임, DNS

UDP는 속도가 중요하고, 약간의 손실이 허용되는 서비스에 적합하다.

3.3 TCP vs UDP 비교표

항목	TCP	UDP
연결 방식	연결 지향	비연결형
신뢰성	높음 (순서, 무결성 보장)	낮음 (순서X, 손실 가능)
속도	느림	빠름
오버헤드	큼	작음
대표 예시	HTTP, FTP, SMTP	DNS, 게임, 영상 스트리밍

3.4 실제 활용 비교 예

웹 브라우징, 로그인, 파일 다운로드 → TCP (데이터 정확성 필수)
온라인 게임, 음성 통화, 유튜브 영상 → UDP (약간의 손실 허용, 빠른 응답 우선)

“안정성”을 우선시하면 TCP,
“속도”와 “실시간성”을 우선시하면 UDP!

✅ 4. 3-way & 4-way Handshake

4.1 3-way Handshake (연결 시작)

TCP는 신뢰성 있는 연결을 보장하기 위해,
데이터를 주고받기 전 반드시 3단계 연결 수립 절차를 수행한다.

[클라이언트]               [서버]
     SYN   ─────────▶  
            (연결 요청)

     SYN-ACK ◀────────
            (요청 수락 + 응답)

     ACK    ─────────▶
            (수락 확인)

연결 수립 완료 → 데이터 통신 시작

| 단계 | 메시지 | 설명 | |——|——–|——| | 1단계 | SYN | 클라이언트가 서버에 연결 요청 | | 2단계 | SYN-ACK | 서버가 수신 확인 및 연결 승인 | | 3단계 | ACK | 클라이언트가 수락 완료 |

이 과정을 통해 양쪽 모두 연결 의사를 확인하고,
시퀀스 번호를 교환해 데이터 순서를 맞출 준비를 한다.

4.2 4-way Handshake (연결 종료)

TCP 연결을 끊을 때는 각 방향마다 종료를 따로 처리하기 때문에 4단계가 필요하다.

[클라이언트]               [서버]
     FIN   ─────────▶  
            (보낼 데이터 없음)

     ACK   ◀────────
            (수신 확인)

     FIN   ◀────────
            (서버도 종료 요청)

     ACK   ─────────▶
            (서버 종료 수락)

연결 종료 완료

| 단계 | 메시지 | 설명 | |——|——–|——| | 1단계 | FIN | 클라이언트가 연결 종료 요청 | | 2단계 | ACK | 서버가 FIN 수신 확인 | | 3단계 | FIN | 서버도 종료 요청 | | 4단계 | ACK | 클라이언트가 종료 수락 |

종료는 양방향 통신이기 때문에,
각 방향의 종료 요청을 따로 처리해야 해서 4단계가 필요하다.

4.3 상태 변화 요약 (TCP 상태 다이어그램 요약)

상태	설명
LISTEN	서버가 연결 요청 대기 중
SYN-SENT	클라이언트가 SYN 보낸 직후
SYN-RECEIVED	서버가 SYN 받고 SYN-ACK 보낸 상태
ESTABLISHED	연결 완료, 데이터 전송 가능
FIN-WAIT	종료 요청 후 대기 상태
TIME-WAIT	마지막 ACK 보내고 일정 시간 대기 (지연 패킷 방지용)

TIME-WAIT는 클라이언트가 마지막 ACK를 보낸 후 지연된 패킷 유입을 막기 위해 일정 시간 대기하는 상태다.

✅ 5. 로드 밸런싱, CDN, Proxy, NAT

5.1 로드 밸런싱 (Load Balancing)

로드 밸런싱은 다수의 서버에 트래픽을 분산시켜
하나의 서버에 부하가 몰리지 않게 해주는 기술이다.

특징	설명
목적	서버 간 부하 분산, 고가용성
동작 위치	L4 (TCP) 또는 L7 (HTTP)
알고리즘	Round Robin, Least Connection, IP Hash 등

구성 예시

[클라이언트]
      │
  [로드 밸런서]
  ┌────┴────┐
[서버1]  [서버2]

로드 밸런서는 클라이언트 요청을 받아 가장 적절한 서버로 전달해준다.

5.2 CDN (Content Delivery Network)

CDN은 전 세계 여러 위치에 콘텐츠 복제본을 배포해,
사용자에게 가장 가까운 서버에서 빠르게 제공하는 기술이다.

특징	설명
목적	전송 속도 향상, 지연 최소화
방식	전 세계에 캐시 서버(Edge Node) 배포
예시	이미지, JS, 동영상 등 정적 콘텐츠

클라이언트는 원래 서버(origin)가 아닌, 가장 가까운 CDN 서버로부터 응답을 받는다.

5.3 프록시 서버 (Proxy)

프록시는 클라이언트와 서버 사이에 중간자 역할을 하는 서버다.
보안, 캐시, 필터링 등의 목적을 가진다.

유형	설명
정방향 프록시	클라이언트가 직접 프록시를 거쳐 외부 요청
역방향 프록시	외부 요청을 받아 내부 서버로 전달 (ex: 로드밸런서 역할도 가능)

예시

클라이언트 → 프록시 서버 → 외부 서버

기업 내부에서 외부 접속 감시/제어,
또는 서버 앞단에서 보안·캐싱·SSL 종료 등 역할

5.4 NAT (Network Address Translation)

NAT는 사설 IP를 공인 IP로 변환해주는 라우터 기술이다.
하나의 공인 IP만으로도 여러 장치가 인터넷에 접속 가능하게 해준다.

구분	설명
사용 위치	가정 공유기, 회사 라우터
필요성	IPv4 주소 부족 문제 해결
작동 방식	내부 IP ↔ 외부 IP 주소/포트 매핑

NAT는 외부에서 직접 내부 장치로 접근 불가능하기 때문에
서버 운영 시 포트 포워딩이 필요하다.

5.5 핵심 요약

기술	주요 역할
로드 밸런싱	트래픽 분산 (서버 부하 분산)
CDN	콘텐츠 전송 최적화
Proxy	중개 서버 (보안, 캐시, 감시)
NAT	사설 IP ↔ 공인 IP 변환

✅ 6. 보안: SSL/TLS, 인증, 암호화

6.1 SSL / TLS

SSL은 데이터를 암호화해서 전송하는 보안 프로토콜이며,
현재는 대부분 그 후속 버전인 TLS (Transport Layer Security) 를 사용한다.

항목	SSL	TLS
상태	더 이상 사용 안 함	현재 표준
목적	암호화, 무결성, 인증 보장
사용처	HTTPS, 메일, VPN 등 다양한 보안 통신

TLS는 중간자 공격, 도청, 위변조를 방지하기 위해 사용된다.

6.2 HTTPS와 TLS의 관계

HTTPS는 HTTP + TLS 조합으로,
웹 통신을 암호화된 채널로 전환한 것이다.

클라이언트 ---TLS 암호화--> 서버
       (HTTP 요청은 암호화되어 전송됨)

서버는 TLS 인증서를 통해 신뢰성을 증명하고,
이후 클라이언트와 암호화된 데이터만 주고받는다.

6.3 대칭키 vs 비대칭키 암호화

항목	대칭키 암호화	비대칭키 암호화
키 종류	하나 (공용 키)	공개키 + 개인키 (2개)
속도	빠름	느림
보안 위험	키 유출 위험 큼	키 공유 불필요 (보안 ↑)
사용 예	TLS 내부 세션, VPN 등	인증서, 전자서명 등

TLS에서는 초기 연결 시 비대칭키로 키 교환 → 이후 통신은 대칭키로 빠르게 암호화

6.4 인증(Authentication)

인증이란 접속 주체가 신뢰할 수 있는 존재인지 확인하는 과정이다.

종류	설명
기본 인증	아이디/비밀번호 (가장 단순)
토큰 기반	JWT, OAuth 등 인증 후 토큰 사용
인증서 기반	TLS 인증서 사용 (공개키 기반 구조)

HTTPS는 공개키 기반 인증서(PKI) 를 통해 서버의 신원을 검증한다.

6.5 암호화(Encryption)의 핵심 개념

개념	설명
암호화	평문 → 암호문으로 변환
복호화	암호문 → 평문으로 복원
키(Key)	암호화/복호화에 사용되는 값
무결성	데이터가 변경되지 않았음을 보장 (ex: HMAC, SHA)
기밀성	제3자가 내용을 볼 수 없도록 보호
인증성	보낸 사람이 진짜인지 확인

6.6 웹 보안 흐름 요약 (HTTPS)

브라우저가 서버에 접속 (HTTPS)
서버가 TLS 인증서를 클라이언트에게 전달
브라우저가 인증서 검증 (신뢰된 기관인지 확인)
비대칭키로 세션키 교환
세션키 기반 대칭키 암호화 통신 시작

즉, TLS는 공개키로 인증 + 개인키로 세션 보안이라는 이중 구조로 동작한다

CS, Network

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This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

⚙️ 네트워크

✅ 1. OSI 7계층 & TCP/IP 4계층

1.1 OSI 7계층이란?

1.2 각 계층 설명

1.3 TCP/IP 4계층

1.4 OSI vs TCP/IP 계층 비교

✅ 2. HTTP / HTTPS, DNS, DHCP

2.1 HTTP (HyperText Transfer Protocol)

예시

2.2 HTTPS (HTTP Secure)

2.3 DNS (Domain Name System)

동작 흐름

2.4 DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

2.5 각 역할 요약

✅ 3. TCP vs UDP

3.1 TCP (Transmission Control Protocol)

주요 특징

3.2 UDP (User Datagram Protocol)

주요 특징

3.3 TCP vs UDP 비교표

3.4 실제 활용 비교 예

✅ 4. 3-way & 4-way Handshake

4.1 3-way Handshake (연결 시작)

4.2 4-way Handshake (연결 종료)

4.3 상태 변화 요약 (TCP 상태 다이어그램 요약)

✅ 5. 로드 밸런싱, CDN, Proxy, NAT

5.1 로드 밸런싱 (Load Balancing)

구성 예시

5.2 CDN (Content Delivery Network)

5.3 프록시 서버 (Proxy)

예시

5.4 NAT (Network Address Translation)

5.5 핵심 요약

✅ 6. 보안: SSL/TLS, 인증, 암호화

6.1 SSL / TLS

6.2 HTTPS와 TLS의 관계

6.3 대칭키 vs 비대칭키 암호화

6.4 인증(Authentication)

6.5 암호화(Encryption)의 핵심 개념

6.6 웹 보안 흐름 요약 (HTTPS)

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